数据为中心的FPGA加速器技术
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2021-10-12 18:21
云、网、边协同的算力网络、在网计算的Dis-aggregation数据中心网络、以及异构计算系统总线中计算和网络协同和融合，提出了泛在网络加速器架构FIA。
资源层：包括FPGA和CPU等可编程资源，异构计算，软硬件协同的网络处理框架
功能层：可重构通用分组处理流水线RDP与可编程数据深度处理器PDP架构，包括基础库和架构
应用层：用户面功能UPF开发库和控制模型
解决算网融合下网络编程及性能扩展问题，为网络功能卸载、用户功能加速提供运行环境；赋能端/智能网卡、网/交换机、边/网关的功能，构成泛在的网络加速器服务。
针对网络协议栈卸载和应用加速，提出了泛在网络加速器抽象FPGA OS，支持用户面功能UPF运行Runtime。
泛在网络加速器抽象FPGA OS：提供了DMA、网络接口、数据缓存、控制总线等外围基本模块
用户面功能模块开发框架：提供关键字、时间戳、Buffer索引等Metadata信息，支持对报文内容的操作
Metadata：标识vNF,实现FPGA OS与UPF参数、中间结果交互。
针对无状态和有状态的协议处理差异，协议无关的分组处理方式成为基础，设计了可编程的硬件处理逻辑RMT，支持在线功能重构，线速处理。
协议无关的解析引擎，包括TLV表示的协议状态转换表，关键字提取
查表匹配引擎，基于CAM的带掩码的查找
交叉开关，关键字等Metadata与ALU的通路
ALU，支持加、减、移位等基本运算
逆解析器，报文头选项的编辑，报文头与报文体的合并等
异构网络设备统一管理，支持端到端的管理
基于开源控制器，设计了软件定义可重构智能网卡、SDN交换机、超融合网关的统一的抽象层，支持软件定义可重构智能网卡、SDN交换机和网关统一管理，构成泛在的网络加速服务层
统一的设备状态数据库、网络拓扑显示界面
支持二层、三层路由转发，支持ACL，支持负载均衡等功能应用
多元网络功能统一调度，支持动态赋能
基于FAST的软硬件功能协同
RMT多级流水ALU处理
云数据中心应用种类繁多，针对云-端通信，适配了主流的网络传输层协议QUIC
面向云数据中心多租户应用，基于智能网卡原型，部署了k8s虚拟化环境，容器虚拟网络二层交换、三层转发功能
与系统协议栈、云计算平台等具有良好的兼容性
支持软件定义边界扩展到服务器第一跳
以自主可控高性能交换芯片为前端分流器，泛在网络加速器FPGA作为业务运行平台，支持网关功能加速
数据中心门户业务负载均衡、NAT等
流量压缩解压缩、加解密、清洗等
应用防火墙等功能卸载
基于加速器FPGA开发框架对网关进行重构和功能扩展
基于加速器FPGA开发新型网关功能，如隐蔽信道检测、地址跳变等
与智能网卡共同支撑数据中心网络纵深安全
计算、加速、I/O基于敏捷交换解耦，易于资源扩展、统一管理、开发集成。
计算：轻量级虚拟化FAST UA；类Docker的虚拟化技术；支持自定义功能的卸载和负载均衡
加速：泛在网络加速器FPGA即服务；泛在网络加速器FPGA OS；加速与卸载等算力提升的重要手段
互连：低延迟时间触发通信
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